Diseño de un tanque de base cuadrada. La fundidora donde usted trabaja ha sido contratada para diseñar y construir un tanque rectangular de acero, de base cuadrada, abierto por arriba y con una capacidad de 500 pies3. El tanque se tiene que hacer soldando placas delgadas de acero a lo largo de sus bordes. Como ingeniero de producción, su trabajo consiste en determinar las dimensiones de la base y la altura que harán que el tanque pese lo menos posible.

Respuestas

Respuesta dada por: mafernanda1008
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La base debe ser un cuadrado de longitud 10 pies y la altura de 5 pies

Como es una base cuadrada entonces es un prisma de base cuadrada

Sea "a" la longitud de la base y "h" la altura, el volumen es:

V = a²*h = 500 pies³

h = 500 pies³/a²

El área será:

A = a² + 4*a*h

y sera proporcional al peso del tanque

Queremos:

Minimizar A = a² + 4*a*h

S.A. = h = 500 pies³/a²

Sustituyendo el valor de h:

A = a² + 4*a*(500 pies³/a²)

A = a² + 4*(500 pies³/a) =  a² + 2000 pies³/a

Derivamos para encontrar el punto crítico:

A' = 2a - 2000 pies³/a²

A' = (2a³ - 2000 pies³)/a²

Igualamos a cero

A' = 0 ⇔ (2a³ - 2000 pies³)/a² = 0

⇔ 2a³ - 2000 pies³ = 0

⇔ 2a³ = 2000 pies³

⇔ a³ = 1000 pies³

a = ∛1000 pies³ = 10 pies

Buscamos la segunda derivada para verificar que es un mínimo:

A'' = 2 -(-2)*2000 pies³/a³

A'' = 2 + 4000 pies³/a³

A''(10 pies) = 2 + 4000 pies³/1000 pies³ = 2 + 4 = 6 > 0

Por el criterio de la segunda derivada es un mínimo

h = 500 pies³/(10 pies)² = 5 pies

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